Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов

(19) (11) 03 К ПИСАНИЕ ЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМУ 9157 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Омский политехнический институт(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ по авт.св. 1(р 999157, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения точного измерения отсчетов амплитуды и фазы при произвольном характере ограничения сигнала по максимуму, в него введены второй и третийключи, второй инвертор, реверсивныйсчетчик, селектор фронтов, элементзадержки, четвертый элемент ИЛИ, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, Фильтр-интегратор, первыйи второй резисторы, третий компаратор,первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход. - с общей шиной, а выход - с входом селектора фронтов, первым входом второго ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа и вторым выходом генератора образцовых частот, а выход - с входом вычитания реверсивного счетчика, вход сложения которого соединен с выходом второго ключа, а выходы - с первыми входами регистра памяти, второй вход которого соединен с выходом селектора фронтов и входом элемента задержки, а выходы - с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом фильтра-интегра- тора, выход которого соединен через первый резистор с входной шиной, которве через второй резистор соедиие- ее на с общей шиной, при этом выход элемента задержки соединен с первым вхо-с дом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения на сложение реверсивного счетчика, третий вход - с выходом переполнения на вычитание реверсивногочетчика, а выход - с входом сброса еверсивного счетчика.Изобретение относится к импульснои технике и используется при аналогоцифровом преобразовании узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше цейтральной частоты. 5По основному авт.св. Р 999157 известен аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовых частот, сдвиговый регистр, блок ключей, два1 О элемента И, элементы ИЛИ, два компаратора, источник .двухполярного эталонного напряжения, счетчик амплитуд, счетчик фаз, два триггера, ключ,инвертор, причем первые входы компараторов соединены с входной шиной, а их вторые входы - с выходами источиика эталонного напряжения, выход первого компаратора через ключ соединен с первым входом первого триггера, вто рой вход которого соединен с первым входом генератора образцовых частот (выходом пусковых импульсов),вторым входом второго триггера и входами сброса счетчиков амплитуд и фаз, а25 выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и инверсным выходом второго триггера,третий вход - с первым входом второго элемента И и выходом инвертора, четвертый вход - с вторым выходом генератора образцовых частот (выходом импульсов заполнения) и вторым входом второго элемента И, выход - с инфор мационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первыми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен с первым входом 40 первого элемента ИЛИ, а выход старшего разряда - с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй входс выходом старшего разряда счетчика фаз, выходы остальных разрядов которого соединены с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами третьих элементов 50 ИЛИ, третий вход - с третьим выходомгенератора образцовых частот (выходом импульсов считывания), а выходы - с первыми входами сдвигового регистра, второй вход которого соединен с четвер тым выходом генератора образцовых частот (выходом тактовых импульсов), при этом выход второго компаратора соединен с первым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика фаз 111Однако известный преобразователь не может быть использован при одностороннем ограничении сигнала и при двустороннем несимметричном ограничении,так как возникающее в этих случаях смещение нулевого уровня не позволяет правильно измерить амплитуду и фазу сигнала.Цель изобретения - расширение функ - циональных воэможностей аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов путем обеспечения точного измерения отсчетов амплитуды и фазы при произвольном характере ограничения сигнала по максимуму.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов введены второй и третий ключи, второй инвертор, реверсивный счетчик, селектор фронтов, элемент задержки, четвертый элемент ИЛИ, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, фильтр- интегратор, первый и второй резисторы, третий комнаратор, первый вход кс торого соединен с входной шиной, второй вход - с общей шиной, выход - с входом селектора фронтов, первым входом второго ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа и вторым выходом генератора образцовых частот, а выход - с входом вычитания реверсивного счетчика, вход сложения которого соединен с выходом второго ключа, а выходы - с первыми входами регистра памяти, второй вход которого соединен с выходом селектора фронтов и входом элемента задержки, а выходы - с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом фильтра-интегратора, выход которого соединен через первый резистор с входной шиной, которая через второй резистор соединена с общей шиной, при этом выход элемента задержки соединена с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход, которого соединен с выходом переполнения на сложение реверсивного счетчика, третий вход - с выходом переполнения на вычитание реверсивного счетчика, а выход - с входом сброса реверсивного счетчика, .На фиг,1 изображена функциональная схемапредлагаемо 1 опреобразователя; на фиг,2 - временные диаграммы напряжения в некоторых точках аналого-цифрового преобразователя.Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов (фиг.1) содержит компараторы 1 и 2, источник 3 двухполярного эталонного напряжения, первый ключ 4, первый 5 и второй 6 триггерыгенератор 7 образцовых частот, первый 8 и второй 9 элементы И, первый инвертор 1 О, счетчик 11 амплитуд, первый элемент Е 1 И 12, счетчик 13 фаз, второй элемент ИЛИ 14,третьи элементы ИЛИ 15, блок 16 ключей,сдвиговый регистр 17, третий компаратор 8, селектор 19 фронта, второй ключ 20, второй инвертор 21,третий ключ 22, реверсивный счетчик 23, регистр 24 памяти, элемент 25 задержки, цифроаналоговый преобразователь. 26, фильтр-интегратор 27, первый 28 и второй 29 резисторы. Информационные входы компараторов 1 и 2 соединены З 0 между собой и являются входом всего преобразователя. К опорным входам компараторов 1 и 2 подключены соответственно положительный и отрицательный выходы источника 3 двухполярного 35 эталонного напряжения. Выход компаратора 1 соединен с информационным входом ключа 4, у которого выход подключен к первому входу триггера 5, а управляющий вход - к инверсному выхо ду триггера 6, первый вход которого соединен с выходом компаратора З,Вторые входы триггеров 5 и 6 подключены к первому выходу (выходу пусковых импульсов) генератора 7, образцовых час тот, имеющего еще три выхода: импуль" сов заполенения, импульсов считывания и тактовых импульсов. Прямой выход триггера 5 и инверсный выход триггера 6 соединены соответственно с пер вым и вторым .входами элемента И 8Прямой выход триггера б подключен к одному из входов элемента И 9. К остальным двум входам элементов 8 и 9 И подключены второй выход (выход им пульсов заполнения) генератора 7 образцовых частот и выход инвентора 1 О. Выход элемента И 8 соединен с входом счетчика 11 амплитуд, а выход элемента И 9 - с одним из входов элемента ИЛИ 12, другой вход которого подключен к выходу младшего разряда счетчика 11 амплитуд.Выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом счетчика 13 фаз.Шины сброса счетчиков 11 и 13 так же, как и вторые входы триггеров 5 и б,подключены к выходу пусковых импульсов генерато- . ра 7 образцовых частот, Выходы последних разрядов счетчиков 11 и 13 подключены к входам элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с входом инвертора 1 О и входами третьих элементов ИЛИ 15, у которых вторые входы соединены с выходами всех, кроме последнего, разрядов счетчика 11 амплитуд, а выходы - с информационными входами блока 16 ключей. С остальными информационными входами блока 16 ключей соединены выходы всех, кроме последнего, разрядов счетчика 13 фаз, а управляющий вход этого блока подключен к третьему выходу (выходу импульсов считывания) генератора 7 образцовых частот. Выходы блока 16 ключей соединены с входами ячеек сдвигового регистра 17, вход тактовых импульсов которого соединен с соответствующимвыходом генератора 7 образцовых частот. Выход последней ячейки сдвигового регистра 17 является выходом анало.го-цифрового преобразователя узкополосных сигналов. Третий компаратор18 подключен к входной шине, Опорный вход его соединен с земляной шиной, а выход подключен к входу селектора 19 фронтов, управляющему входу второго ключа 20 и через инвертор 21 к управляющему входу третьего ключа 22,Информационные входы ключей 20 и 22 соединены с вторым выходом (выходомимпульсов заполнения) генератора 7образцовых частот, а их выходы - с входами сложения и вычитания соответственно реверсивного счетчика 23, выходы ячеек которого йодключены к входам ячеек регистра 24 памяти. Управляющий вход последнего соединен с выходом селектора 9 фронтов и входом элемента 25 задержки. Выходы всех ячеек регистра 24 памяти подключены к входам цифроаналогового преобразователя 26, выход которого соедйнен свходом Фильтра-интегратора 27, на выходе которого включен делитель напряжения на резистораМ 28 и 29.Выход де 1115224лителя напряжения соединен с входной шиной. Выход элемента 25 задержки и выходы переполнения на сложение и вычитание счетчика 23 соединены с входами четвертого элемента ИЛИ 30, к 5 выходу которого подключена шина сброса реверсивного счетчика 23. Разделительный конденсатор, стоящий на выходе усилителя, предшествующего аналого-цифровому преобразователю узкопо 10 лосных сигналов, соединен с входной шиной (фиг,1, штриховая линия). Через интервалы времени, обратно пропорциональные ширине спектра сигнала, с первого выхода генератора 7 образцо 15 вых частот следуют пусковые импульсы, при появлении каждого из которых измеряется время от этого импульса до ближайшего положительного перехода сигнала через нулевой уровень и время, 2 О в течение которого сигнал принимает значения от-Ео до + Ео в окрестности этого перехода, при этом под нулевым понимается уровень, относительно которого равны по длительности положи тельная и отрицательная части периода узкополосного сигнала. Если нулевой уровень на входной шине совпадает с потенциалом общей шины, первый из указанных временных интервалов определяет фазу сигнала, а второй - амплитуду, Так как все измерения, необходимые для определения отсчетов амплитуды и фазы, выполняются при малых уровнях сигнала, при которых симметрич- З 5ное ограничение по максимуму еще несказывается, предлагаемое устройствопозволяет восстановить Форму узкопо=лосного сигнала после симметричногоограничения. Однако при одностороннем ограничении и несимметричном двустороннем ограничении происходит смещение нулевого уровня на входной шине после разделительного конденсатора(Фиг, 2 а). Горизонтальная штриховая45линия соответствует нулевому уровнюсигнала, смещенному относительно потенциала земляной шины на величину7 . Поскольку измерения производятся относительно потенциала общей шины, смещение нулевого уровня приводитк ошибке в измерениях тем большей,чем больше Ч, . Введение в устройство элементов 18-30 и структура ихвключения позволяют автоматически устранять смещение нулевого уровня навходной шине относительно потенциалаземляной,Устройство работает следующим образом.Сигнал с входнрй шины поступает,кроме первого и второго компараторов 1 и 2, еще и на информационный вход третьего компаратора 18, опорный вход которого соединен с общей шиной. Если сигнал положителен относительно потенциала общей шины, на выходе компаратора 18 появляется единица, если отрицателен - нуль (Фиг. 26),Единица на выходе открывает ключ 20 и благодаря инвертору 21, закрывает ключ 22, поэтому при наличии единицы на выходе компаратора 18 реверсивный счета чик 23 работает на сложение,подсчитывая импульсы заполнения, поступающие через открытый ключ с второго выхода генератора 7 образцовых частот (фиг.2 в). Если на выходе компаратора 18 нуль, ключ 20 закрывается, а ключ 22 открывается и через него импульсы заполнения поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 23 (Фиг.2 г). При каждом положительном фронте выходного напряжения компаратора 18,т.е. в конце каждого периода входного сигнала, селектор 19 Фронтов формирует короткий импульс (фиг. 2 г), поступающий на элемент 25 задержки и управляющий вход регистра 24 памяти.При поступлении такого импульса входы ячеек регистра 24 памяти открываются и в регистр перезаписывается число иэ ячеек реверсивного счетчика 23.Характер изменения числа И в реверсивном счетчике 23 показан на диаграмме фиг.2 е. К концу каждого периода входного узкополосного сигнала число Н равно Б о - разности между числами импульсов заполнения, поступивших на входы сложения и вычитания, т.е, оно пропорционально разности длительностей положительной и отрицательной частей периода.После записи в регистре 24 памяти число Н р преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 26 в напряжение,; которое усредняется фильтром-интегратором 27 за несколько (порядка десяти, периодов узкополосного колебания и через делитель на резисторах 28 и 29 поступает на входную шину в противофазе с напряжением смещения нулевого уровня Чс , автоматически приводянулевой уровень входной шины к потенциалу общей. Короткий импульс, появляющийся на выходе селектора 9 Фронтов в конце каждого периода входногосигнала и обеспечивакпций перезапись показаний реверсивного счетчика 23 в регистр 24 памяти, через элемент 25 задержки поступает нашину сброса реверсивного счетчика 23, 5возвращая этот счетчик в исходное состояние. Время задержки выбираетсябольшим времени перезаписи, но меньшим интервала между импульсами заполнения. Бпагодаря этому к началу нового периода входного сигнала показания реверсивного счетчика 23 эа предыдущий период оказываются зафиксированными в регис 1 ре 24 памяти, а самсчетчик - возвращенным в исходноесостояние. Таким образом, каждому периоду входного сигнала соответствуетописанный цикл работы. Емкость реверсивного счетчика 23 беэ учета знакового разряда выбирается приблизительно равной 1,2 М, где И - число импульсов заполнения на интервале 1/ЯДеПри переполнении реверсивного.счетчика на сложение или вычитаниесигналы переполнения через элемент ИЛИ 30 поступают на шину сброса,приводя счетчик в исходное состояние.Таким образом изобретение благодаряавтоматическому устранению смещениянулевого уровня обеспечивает эффективную работу аналого-цифрового преобразователя не только при симметричном ограничении узкополосногосигнала по максимуму, что значительно расширяет функциональныевозможности аналого - цифровогопреобразователяузкополосных сигналов,1115224 Г е оставитель А,Кузнеехред Л.Микеш Корр Редактор С.Саенк Заказ 6791/44ВНИИПИ дписно о по дел13035, М 5 ква илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Т дарственн ам изобрет